バッテリー製造向け顕微鏡ソリューション

バッテリーの使用範囲は、ポータブル電子機器から電気自動車やエネルギー貯蔵施設まで多岐にわたります。効率的で信頼性が高く安全な高性能バッテリーのコスト効率の高い製造が不可欠です。バッテリー部品業界はまだ比較的新しく発展中であり、品質管理（QC）、不良解析（FA）、研究開発はすべて重要です。

バッテリー製造には、電極製造やセルの組み立て、仕上げなどのさまざまなステップがあり、検査と品質管理が必要です。QC、FA、研究開発では、サンプル調製から顕微鏡視覚および化学分析まで、さまざまなソリューションが必要です。

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バッテリー電極はどのように製造されますか？

まず、陽極と陰極の原材料を混合して、均質なエマルジョンを生成します。次に、このスラリーを使用して金属ホイル（通常は銅またはアルミニウム）をコーティングし、その後乾燥させます。最適な電極の厚さは、カレンダリングによって生成されます。その後、ロールはより小さなコイルにカットされます。最後に、真空乾燥によって残留溶媒が除去されます。

バッテリーセルの組み立てとは何ですか？

セルの組み立てでは、セル形状に応じて、個々の部品、すなわち陽極、陰極及びセパレータを積み重ねたり、巻いたりします。次に、電極と端子との間に電気的接点が形成されます。その後、スタックまたはゲル（半固体）電解質がセルハウジングに挿入されます。

セル仕上げプロセスとは何ですか？

セルは電解液で満たされています。続いて、プリチャージプロセス中に発生したガスは、セルを閉じる前に除去する必要があります。最後に、セルは自動化された成型および劣化プロセスを経て、最適なバッテリー性能を得ます。

バッテリー製造のステップは何ですか？

最先端のバッテリー製造には 3 つの主なステップがあります。

電極の製造プロセス：導電助剤とバインダーを混合した電極を調製し、次に電極ホイルをこれによりコーティングし、カレンダリング中に圧縮し、適切なサイズに切断（スリット加工）し、最後に乾燥して残留水分を除去します。
セルの組み立て：ここで、陽極及び陰極は、セル設計、例えば、円筒形、角形、又はパウチ（セパレータ）形に従って成形され、次に、積層又は巻き付けて溶接され、電解液を充填したハウジング内に挿入されます。
セルの仕上げ：電気化学的活性化と充電および放電サイクル（形成）により動作性能と安定性を確保し、その後、脱気、劣化、最終試験を行います。

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バッテリー電極内の穴の欠陥の深さを測定する。ライカの金属顕微鏡で 3D 画像を記録

バッテリー電極の検査

電極はバッテリーの最も小さなユニットの一部であり、不純物、コーティングによる穴、エッジの波打ちなどの重大な欠陥は、バッテリーの性能と信頼性を著しく低下させる可能性があります。

このような欠陥は、短絡の原因となり、ユーザーに安全上のリスクをもたらす可能性があります。また、脆性の増加により、電極の処理能力を妨げる結果につながります。したがって、製造中の電極表面とバルクの均質性のインライン品質管理と検査は重要です。検査用顕微鏡は、日常的な電極品質チェック、生産ラインの立ち上げ、欠陥検出のための AIシステムのトレーニングに役立ちます。

バッテリーのバリの検出

スリット加工やセルの組み立て中に電極端で生成されるバリは、セパレータを損傷し、短絡を引き起こす可能性があるため、バリの検出は重要です。バリはまた、充電中のバッテリーの温度制御に不具合がある場合に発生する熱暴走の原因となる可能性があります。熱暴走は、自己持続的な温度上昇を引き起こし、バッテリー部品の分解の原因となり、最終的には火災や爆発を引き起こす可能性があります。

高性能顕微鏡は、熱暴走や短絡によるバッテリーの劣化を防ぐために、組み立て中のバリを最小限に抑えることを目的としたバリの検出に役立ちます。

バッテリー電極端にバリ（赤い矢印の印）がある。DVM6 デジタルマイクロスコープで撮影した画像。

ライカのミリングシステムによって調製されたバッテリー電極断面図。ライカの金属顕微鏡で取得した画像。

バッテリー部品の断面解析

高性能バッテリーシステムの開発と製造には、部品の内部構造の検査が必要です。断面解析などの高度な技術が使用されます。

この分析には、サンプル断面の調製と分析方法が必要です。部品材料は脆く柔らかい性質があるため、試料作製は困難な場合があります。

高品質の断面には、大きなチッピング（脆性材料）およびスミアリング（軟質材料）があってはなりません。数時間にわたる真空または制御された大気中でのサンプルの取り扱いと調製は非常に重要です。分析は迅速かつ信頼性の高い結果を提供する必要があります。これらの利点を提供するソリューションは次のとおりです。

機械研磨、琢磨、ミリング、イオンビームミリングシステム
真空または制御された雰囲気を維持するサンプルハンドリングまたはトランスファーシステム
高性能光学顕微鏡（レーザー分光法との組み合わせも可能）。

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バッテリー製造のための清浄度分析

バッテリー製造中の粒子によるコンタミは、短絡や過熱を引き起こし、バッテリー性能の低下、寿命の短縮、または故障につながる可能性があります。

したがって、汚染粒子の検出と除去は、部品の製造と組み立て中の品質管理の重要な部分です。バッテリー製造中の効率的な品質管理のために、堅牢な清浄度プロセスを実施する必要があります。

光学顕微鏡では、清浄度分析のための迅速で正確なソリューションが可能です。視覚的評価と化学的評価の両方を行うには、分光法による顕微鏡検査が必要です。

検査ソリューション

バッテリー製造時の清浄度分析：ライカの金属顕微鏡と Cleanliness Expertソフトウェアで分析したフィルター上の銅（Cu）粒子の画像。

バッテリー電極の欠陥の点検

バッテリー電極端に亀裂やバリ検出。DVM6 デジタルマイクロスコープで撮影した画像。

バッテリー電極表面

ライカの金属顕微鏡を使用して暗視野照明で取得したバッテリー電極表面の画像。

欠陥のあるバッテリー電極

穴の欠陥を示すバッテリー電極。暗視野照明とライカの金属顕微鏡で取得した画像。

検査用顕微鏡

ライカの検査用顕微鏡は、構成部品やサンプル全体像の把握から細部の確認まで、あらゆるニーズに対応します。

断面解析

バッテリーに使用されるLi-NMC/Al電極の断面図。2つの多孔質層と中央の金属膜を示している。EM TXPシステムおよびEM TIC 3Xシステムで断面作製

製造における清浄度は大きな課題となっています。製品の機能と耐用期間は、粒子のコンタミネーションと直接関連しています。したがって、粒子のコンタミネーションを定量的に検出することは、製造工程の改善を助け、結果として費用を抑えることができます。製品の品質は汚染によって大きな影響を受ける可能性があります。自動車、航空、マイクロエレクトロニクス、医薬品、医療機器等の製造、品質管理には、清浄度に関する厳格な要件があります。